復合地基在風機基礎中的應用

陶鐵鈴 陳玉梅 李宇飛

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010）

復合地基在風機基礎中的應用

陶鐵鈴 陳玉梅 李宇飛

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010）

本文針對風機基礎設計中天然地基承載力不足的問題，結合某風電場工程，采取水泥土攪拌樁處理風機基礎粉土地基，該方案能有效提高地基承載力，還能減少基礎工程投資，可供國內類似工程參考。

復合地基；風機；基礎

1 工程概況及地質

某風電場工程位于河南省，地處黃河故道，為華北平原中黃河沖積平原的一個重要組成部分。風電場場內多為耕地，存在少量樹木，地勢平坦開闊，海拔高度約50～60m。該場區的地層巖性主要為第四系（Q）的砂質粉土、粉土、粉質黏土、砂質粉土、細砂組成。①砂質粉土：褐黃色，稍濕～濕，稍密，中壓縮性。②粉土：黃褐色，濕，稍密，含云母，搖振反應強烈，中～低壓縮性。③粉質黏土：黃褐色，濕，中密，可塑，中～低壓縮性。④砂質粉土：灰黃色，濕，中密～密實，搖振反應中等，無光澤反應，干強度和韌性低。⑤細砂：黃色，稍濕，中密，主要成分為石英、長石，含螺殼殘片。地層巖土物理力學指標建議值見表1。

本風電場風機單機容量為2.0MW，葉輪直徑115m，輪轂高度100m，風機荷載通過塔筒傳至風機基礎，風機基礎承受了較大的豎向力及傾覆彎矩，因此對地基承載力要求較高，①-④層天然地基承載力較低，不滿足地基承載力要求，需要進行地基處理。

針對風電場的地質條件及風機荷載資料，選用水泥土攪拌樁復合地基，水泥土攪拌樁是以水泥為固化劑，經過水化反應及水解反應［1］，可生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣等化合物，在水中和空氣中逐漸硬化；鈣離子與土中交換性鈉鉀離子發生交換作用，使原來土顆粒集合成較大團粒；水泥水化物中的游離氫氧化鈣吸收水和空氣中的二氧化碳，生成不溶于水的碳酸鈣，使水泥土強度增加，以此來提高地基承載力，該方法施工簡便，成本較低。

表1 天然地基相關參數

2 水泥土攪拌樁地基加固設計

根據風機基礎受力特性，初擬風機基礎底板直徑約19m，在基底21m×21m的范圍內采用正方形布樁形式，樁間距s=0.88m，水泥土攪拌樁面積置換率m=25%，樁徑0.5m，設計樁長6m，設計方案見圖1。固化劑選用強度等級為42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為18%，水泥漿水灰比為0.55。經計算水泥土攪拌樁單樁承載力120kN，其復合地基承載力根據地基承載力深寬修正公式，修正后的復合地基承載力可達到200kPa以上，滿足設計要求。

圖1 水泥土攪拌樁設計方案

3 水泥土攪拌樁施工方案

水泥土攪拌樁是在我國發展起來的地基處理新技術，它是通過特制的深層攪拌機械在地層深部就地將軟土和水泥強制拌和，使軟土硬結而提高地基強度。這種方法適用于軟弱地基，對于淤泥質土、粉質黏土及飽和性土等軟土地基的處理效果顯著，在施工中無噪音、無振動，對環境無污染；缺點是該地基處理方案對施工質量控制的要求較高，質量把控不到位，可能達不到設計要求的復合地基承載力。

水泥土攪拌樁施工過程中有幾個重要的時間節點，如下。①水泥土攪拌樁正式開工前必須做試樁施工，以檢驗機具性能及施工工藝中的各項技術參數。其中包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進和提升速度等。②清理場地，并用壓路機碾壓平整，以利于樁機移位。③根據設計的總平面圖，先放出施工段內軸線，根據樁位，鉆機對準樁位對位，機身垂直。④在確認漿液從攪拌葉的出漿口噴出后方可啟動攪拌機，以60r/min的轉速和1m/min的鉆進速度，順時針方向邊鉆邊注漿，直至設計樁長，再繼續噴漿15min后停泵，改逆時針方向攪拌，提升至設計樁頂。⑤為使軟土和水泥漿液攪拌均勻，再次將攪拌機鉆進下沉，直至設計深度，再將攪拌機按規定速度反轉提升出地面。單個機位，采用1臺深層攪拌機設備，8～10d可完成對機位水泥土攪拌樁的打樁灌漿工作。⑥在成樁3d內，采用輕型動力觸探（N10）檢測上部樁的均勻性，檢測比例為1%，且不少于3根［3］。⑦樁體強度試驗：成樁28d后，對攪拌樁進行抽芯檢測，檢驗樁身連續性和均勻程度。成樁的芯樣可進行室內樁體無側限抗壓強度試驗，驗證樁體的整體強度及樁體變形情況，經取芯的樁需用水泥砂漿填滿，檢測比例為0.5%～1%。⑧復合地基靜載試驗：成樁28d后，在交付使用前，做靜載試驗，以驗證攪拌樁的單樁承載力及復合地基的承載力，檢驗其是否滿足設計要求，抽檢比例0.2%。

4 加固效果

為了判斷水泥土攪拌樁的處理效果，需要進行單樁承載力及復合地基承載力檢測，常采用荷載試驗進行檢測。根據檢測結果得知，單樁承載力及復合地基承載力均能滿足要求。

根據本項目的地質條件，對粉土地基采用不同的地基處理方案進行了經濟比較，若采用換填法則用于基礎處理的費用約23萬元，若采用混凝土灌注樁法則用于基礎處理的費用約21萬元，而采用水泥土攪拌樁法則用于基礎處理的費用約15萬元，通過該工程實例表明，在粉土地基中采用水泥土攪拌樁節約了基礎處理的投資，提高了工程的經濟效益。

5 結語

應用水泥土攪拌樁處理風機基礎粉土地基不僅能達到良好的處理效果，還能減少基礎工程投資，提高風電項目的經濟效益，可供國內類似工程參考。

［1］薛殿基，仲林.復合地基樁處理技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2011.6.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基處理技術規范（JGJ 79-2012）［S］.北京：中國建筑工業出版社，2012.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.復合地基技術規范（GB/T 50783-2012）［S］.北京：中國計劃出版社，2012.

Application of Composite Foundation in Fan Foundation

Tao Tieling Chen YumeiLi Yufei
（Yangtze River Survey Planning and Design Research Co.,Ltd.，Wuhan Hubei 430010）

Aiming at the problem of insufficient bearing capacity of natural foundation in wind turbine foun?dation design,combined with a wind farm project,the cement soil mixing pile is used to treat the founda?tion of the fan foundation.The scheme can effectively improve the bearing capacity of foundation and re?duce the investment of basic engineering which can provide similar engineering reference.

composite foundation；fan；foundation

TU753

A

1003-5168（2017）12-0098-02

2017-11-03

陶鐵鈴（1979-），男，碩士，高級工程師，研究方向：新能源工程。